DE10017187A1 - Verfahren zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan - Google Patents

Verfahren zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan

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Abstract

Lösungen von Hydrogenfluoriden werden zur Behandlung der Oberfläche von Legierungen aus Aluminium und Titan eingesetzt. Die Lösungen von Hydrogenfluorid können über ein Tauchverfahren, durch einen Pinsel oder mit einem Sprühverfahren mit der Legierung in Kontakt gebracht werden. Die Oberflächenbehandlung bewirkt eine signifikante Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit an Luft und an reinem Sauerstoff bei Temperaturen zwischen 800 DEG C und 1100 DEG C.

Description

Die Erfindung betrifft die Vorbehandlung der Oberflächen von Legierungen aus Aluminium und Titan und dient der Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit der Legierung. Ziel ist es die Oxidationsbeständigkeit der Legierungen oberhalb von 700°C soweit zu erhöhen, daß ein technischer Einsatz als Leichtbauwerkstoff für Hochtemperatur-Anwendungen ermöglicht wird.
Es ist allgemein bekannt, daß der Zusatz von Halogenen eine Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan im Tem­ peraturbereich zwischen 800°C und 1000°C bewirkt (M. Kumagai, K. Shibue, M.-S. Kim, M. Yonemitsu: Intermetallics (4) (1996) 557-566; G. Schumacher, F. Dettenwanger, M. Schütze, U. Hornauer, E. Richter, E. Wieser, W. Möller, Intermetallics (7) (1999) 1113-1120; M. Hara, Y. Kitagawa, Oxidation of Me­ tals, (52), (1999), 77-94). Zum Einbringen der Halogen-Legierungszusätze werden in der Literatur (M. Kumagai, K. Shibue, M.-S. Kim, T. Furuyama: EP 0 580 081 A1; M. Schütze, M. Hald: EP 0 770 702 A1; M. Schütze, M. Hald: DE 196 27 605 C1) verschiedene Verfahren beschrieben. Die Halogene werden der oxidierenden Atmosphäre zugesetzt oder bei der Legierungsherstellung werden dem gesamten Werkstoff 0.004 bis 1 at. % Halogenzusatz zulegiert oder es wird nur die Oberfläche mit Halogenen vorbehandelt.
Die herkömmlichen Verfahren zur Vorbehandlung der Oberfläche beruhen dar­ auf, daß Halogen-Verbindungen in festem oder flüssigem Zustand für einen bestimmten Zeitraum auf die Oberfläche einwirken. Diese Verfahren setzen eine Mindesteinwirkungsdauer der Halogenverbindungen auf die Oberfläche voraus oder die Legierung muß nach Aufbringen der Halogenverbindung aufge­ heizt werden. Das in dieser Erfindung vorgestellte Verfahren zur Vorbehand­ lung der Legierungsoberfläche mit Lösungen von Hydrogenfluorid hat gegen­ über diesen bereits bestehenden Verfahren den Vorteil, daß bereits nach ex­ trem kurzen Einwirkzeiten die Oberfläche die erhöhte Oxidationsbeständig­ keit aufweist. Die Proben besitzen, nachdem die Oberfläche in irgendeiner Form mit einer Lösung von Hydrogenfluorid in Kontakt gebracht worden ist, bereits nach ca. 1 min die verbesserte Oxidationsbeständigkeit. Diese Inno­ vation wird durch die extrem hohe Reaktivität des Hydrogenfluorids bedingt. Weiterhin sind die in diesem Verfahren angewandten Fluor-Konzentration we­ sentlich niedriger als bei den herkömmlichen Verfahren zur Oberflächenbe­ handlung. Während für die in Patent EP 0 580 081 A1 beschriebenen Verfahren zwischen 0.002 mol m-2 und 2 mol m-2 Halogenzusatz pro Probenoberfläche not­ wendig sind, liegen die im vorliegenden Verfahren verwendeten Fluor Konzen­ trationen zwischen 1 × 10-15 mol m-2 und 8 × 10-4 mol m-2.
Die mit einer Lösung von Hydrogenfluorid behandelte Legierung aus Aluminium und Titan besitzt zwischen 800°C und 1100°C an Luft und an reinem Sauer­ stoff eine im Vergleich zu nicht vorbehandelten Legierungen aus Aluminium und Titan um mehrere Größenordnungen verbesserte Oxidationsbeständigkeit. Die Oxidschichtdicke liegt nach 100 h bei 900°C an Luft zwischen 500 und 700 nm und damit um 24.5 µm niedriger als bei einer nicht vorbehandelten Legierung. Bei den mit Lösungen von Hydrogenfluorid vorbehandelten Legie­ rungen liegt nach der Oxidation eine sehr gute Haftfestigkeit der schützen­ den Oxidschicht vor, welche aus reinem Aluminiumoxid besteht.
Dadurch, daß sehr geringe Mindesteinwirkungszeiten bezüglich der Oberflä­ chenbehandlung bei diesem Verfahren vorliegen, kann dieses Verfahren weit­ aus wirtschaftlicher als herkömmliche Verfahren zur Oberflächenbehandlung angewandt werden. Durch die geringeren Fluor-Konzentrationen handelt es sich um einen, im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, umweltschonen­ deren Prozeß und der korrosive Angriff der im Prozeß verwendeten Anlagen wird minimiert.

Claims (7)

1. Verwendung einer flüssigen Lösung von Hydrogenfluorid zur Behandlung der Oberfläche von Legierungen aus Aluminium und Titan zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit dieser Legierungen zwischen 800°C und 1100°C.
2. Behandlung einer Legierung aus Aluminium und Titan nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Legierung neben Titan zwischen 20-65 at. % Aluminium und in der Gesamtsumme zwischen 0 und 30 at. % weiterer Legierungszusätze enthält. Der Titangehalt der Legierung ist entspre­ chend reduziert.
3. Behandlung einer Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Legierung als weitere Legierungszusätze die Elemente Silicium oder Yttrium oder Zirconium oder Vanadium oder Tantal oder Molybdän oder Niob oder Chrom oder Mangan oder Bor oder Wolfram oder eine Kombination mehrerer der zuvor genannten Elemente vorliegen können.
4. Behandlung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Lösung von Hydrogenfluorid verwendet wird, durch die eine Fluor-Konzentration auf der Werkstoffoberfläche zwischen 1 × 10-15 mol Fluor m-2 und 8 × 10-4 mol Fluor m-2 eingestellt wird.
5. Verwendung einer Lösung von Hydrogenfluorid nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Hydrogenfluorid in Wasser oder in einer an­ deren polaren Flüssigkeit gelöst vorliegt.
6. Behandlung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung von Hydrogenfluorid durch ein Tauchverfahren, durch Verstreichen mit einem Pinsel, durch ein Sprühverfahren, durch ein anderes bekanntes Applikationsverfahren oder durch eine Kombination mehrerer Applikations­ verfahren aufgebracht wird.
7. Behandlung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reaktion der Lösung von Hydrogenfluorid mit der Oberfläche der Legierung bereits nach 1 min eintritt.
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